廢膠粉改性澆注式瀝青混合料性能研究

劉曉初 ，汪 林 ，閆東波 ，陳仕周

（1.重慶城建集團(tuán)，重慶市400013；2.重慶鵬方路面工程技術(shù)研究院有限公司，重慶市400054）

0 前言

澆注式瀝青混凝土是一種懸浮式結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土，其混合料組成特點(diǎn)主要是礦粉含量高(20%～30%)、瀝青含量高(7%～10%)，在 220 ℃左右拌和后具有良好流動性，澆注式鋪筑，冷卻即成型(不需要碾壓)。澆注式瀝青混合料基本上無空隙（空隙率小于1%），不透水，耐侵蝕性好，變形能力強(qiáng)，耐久性好，這些性能使它尤其適用于橋面鋪裝。

廢膠粉在公路行業(yè)中特別是瀝青和瀝青混凝土中的應(yīng)用在國際上已有比較悠久的歷史。通常，廢膠粉在瀝青混合料中的應(yīng)用有濕法和干法兩種工藝。濕法指橡膠粉與瀝青混煉或混合制成橡膠瀝青，橡膠瀝青作為膠結(jié)料再與礦料拌和的工藝。干法則是指橡膠粉與集料先行拌和共混后再噴入瀝青拌制混合料的工藝。

大量研究表明，將廢輪胎橡膠粉加入到瀝青或?yàn)r青混合料中，能夠改善瀝青與瀝青混合料的高低溫性能、抗老化性能和抗疲勞性能，既可減少廢輪胎膠對環(huán)境的污染，又可使改性瀝青的生產(chǎn)成本降低。目前，有關(guān)廢膠粉用于瀝青混凝土的報(bào)道僅限于碾壓瀝青混合料中，而將廢膠粉應(yīng)用于澆注式瀝青混合料的研究尚未見報(bào)道。

本文介紹將廢膠粉用于澆注式瀝青混合料中，采用濕拌和干拌兩種工藝條件拌制，并對廢膠粉改性澆注式瀝青混合料的性能進(jìn)行了研究。

1 混合料組成

1.1 集料

粗、細(xì)集料均選用江蘇茅迪玄武巖軋制而成的集料。該集料質(zhì)地堅(jiān)硬致密，表面紋理豐富，強(qiáng)度較高；集料顆粒均勻，針片狀含量小。

1.2 礦質(zhì)填料

礦質(zhì)填料選用浙江省富陽市新天龍礦粉有限公司生產(chǎn)的石灰石礦粉，該礦粉含水率低，親水系數(shù)與塑性指數(shù)小，加熱安定性好，0.075級篩孔通過率(水洗法)大于98%。

1.3 瀝青結(jié)合料

基質(zhì)瀝青采用SK-70石油瀝青，膠粉為40目。SK-70和橡膠瀝青（摻20%膠粉）的技術(shù)性能見表1。

表1 瀝青結(jié)合料技術(shù)指標(biāo)

2 混合料級配

干拌和濕拌工藝采用相同的礦料級配（接近中值），濕拌工藝以橡膠瀝青作為膠結(jié)料，油石比按橡膠瀝青占礦料的百分比表示，干拌工藝以SK-70作為膠結(jié)料，膠粉的摻量為干集料總質(zhì)量的2%，油石比按SK-70占礦料的百分比表示。澆注式瀝青混合料的級配范圍參照《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》，混合料合成級配如表2。

3 混合料性能

3.1 施工性能

由于澆注式瀝青混凝土施工時(shí)是自流成型，澆注式瀝青混合在施工溫度下要具有合適的流動性，否則不能施工。流動性差則無法施工，流動性太好則容易造成離析。澆注式瀝青混合料的施工性能用劉埃爾流動性試驗(yàn)方法進(jìn)行測定，其標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法參見《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》。指南規(guī)定澆注式瀝青混凝土240℃時(shí)流動度指標(biāo)小于20 s。

表2 澆注式瀝青混合料（GA10）礦料級配

兩種工藝在不同油石比時(shí)的混合料在240℃時(shí)的流動度結(jié)果見圖1。可以看出隨著油石比的增加，混合料的流動度逐漸減小，流動性變好。濕拌工藝油石比為8.3%時(shí)，流動度為16.8 s；干拌工藝油石比為6.8%時(shí)，流動度為19.2 s。如要滿足施工要求，濕拌工藝的油石比應(yīng)大于8.3%，干拌工藝的油石比應(yīng)大于6.8%。

3.2 高溫性能

澆注式瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性能采用貫入度及貫入度增量來表征。貫人度試驗(yàn)主要是用于評價(jià)澆注式瀝青混凝土抵抗高溫變形的能力，試驗(yàn)使用室內(nèi)制作的試件，其標(biāo)準(zhǔn)參見《公路鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》。澆注式瀝青混合料的貫入度試驗(yàn)，其技術(shù)要求為1～4 mm。貫入度增量是在讀取貫入度后，繼續(xù)穩(wěn)壓30 min后的讀數(shù)與貫入度的差值，持續(xù)30 min后的增量應(yīng)不大于0.4 mm。貫入度試驗(yàn)在40℃下進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3數(shù)據(jù)可知，隨著油石比的增加，混合料貫入度與貫入度增量逐漸增大，高溫穩(wěn)定性變差。采用濕拌工藝時(shí)，油石比小于8.3%時(shí)，混合料的貫入度滿足指標(biāo)要求；采用干拌工藝時(shí)，油石比小于7.1%時(shí)，貫入度滿足要求。結(jié)合施工性能考慮，濕拌工藝油石比確定為8.3%，此時(shí)貫入度為2.92 mm，貫入度增量為0.33 mm；干拌工藝油石比確定為6.8%，此時(shí)貫入度為2.56 mm，貫入度增量為0.27 mm，均滿足澆注式瀝青混合料的貫入度指標(biāo)要求。

表3 GA-10貫入度試驗(yàn)結(jié)果

3.3 低溫性能

澆注式瀝青混合料低溫性能采用極限彎曲試驗(yàn)指標(biāo)來評價(jià)，試驗(yàn)溫度為-10℃，荷載速率50mm/min，跨徑200 mm，試件尺寸為300 mm×100 mm×50 mm。濕拌工藝的油石比為8.3%，干拌工藝的油石比為6.8%，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 GA-10低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，濕拌工藝的勁度模量明顯小于干拌工藝，而破壞應(yīng)變明顯大于干拌工藝，表明采用濕拌工藝拌制的澆注式瀝青混合料的低溫柔韌性優(yōu)于干拌工藝，具有較好的低溫抗裂性能。試驗(yàn)過程中，濕拌工藝拌制的試件從斷裂開始到試驗(yàn)結(jié)束有一個(gè)應(yīng)力逐漸下降的過程，而干拌工藝拌制的試件則表現(xiàn)出明顯的脆斷。這是因?yàn)樵诟砂璺ㄉa(chǎn)的瀝青混合料中，由于橡膠粉與瀝青的作用時(shí)間短，橡膠粉在混合料中主要充當(dāng)填充作用，改善混合料的高溫穩(wěn)定性,對低溫性能的改善不明顯；而濕法工藝采用的膠結(jié)料是膠粉與瀝青在高溫（190℃）下，橡膠顆粒吸收瀝青中輕質(zhì)油份，產(chǎn)生充分的融脹作用，形成的高低溫性能優(yōu)良的橡膠瀝青。

3.4 疲勞性能

對兩種工藝拌制的廢膠粉改性澆注式瀝青混合料的疲勞性能采用三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)進(jìn)行比較，試驗(yàn)溫度為15℃，頻率為10 Hz，采用應(yīng)變控制模式，試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm，跨徑200 mm，平行試驗(yàn)試件個(gè)數(shù)為4件。在應(yīng)變控制的疲勞試驗(yàn)過程中，試件不會出現(xiàn)斷裂破壞。通常定義當(dāng)混合料的勁度達(dá)到初始勁度一半時(shí)的重復(fù)荷載作用次數(shù)為疲勞壽命。試驗(yàn)過程中則以應(yīng)力達(dá)到初始應(yīng)力（荷載作用3000次時(shí)）的一半時(shí)的作用次數(shù)作為疲勞壽命。

為了對兩種工藝混合料疲勞壽命進(jìn)行比較，試驗(yàn)時(shí)對兩種工藝拌制的疲勞試件施加相同的應(yīng)變水平，疲勞試驗(yàn)結(jié)果見表5。可以看出，在相同的應(yīng)變條件下，濕拌工藝拌制試件的疲勞壽命要明顯大于干拌工藝，表明采用濕拌工藝拌制的澆注式瀝青混合料的疲勞性能優(yōu)于干拌工藝。

表5 疲勞試驗(yàn)比較結(jié)果

4 存在的問題

（1）澆注式瀝青混合料中由于有膠粉存在，并且拌和、攤鋪溫度高，攤鋪時(shí)會釋放出氣味難聞的氣體。溫度太高（超過230℃）時(shí)，橡膠瀝青的性能下降，應(yīng)設(shè)法降低攤鋪時(shí)的溫度，最好控制在220℃以內(nèi)；

（2）貫入度試驗(yàn)在40℃進(jìn)行，而在我國特別是南方地區(qū)，氣溫普遍較高，廢膠粉改性澆注式瀝青混合料的高溫性能有待進(jìn)一步提高。

5 結(jié)語

（1）將廢膠粉用于澆注式瀝青混合料，可以進(jìn)一步擴(kuò)大膠粉在道路建設(shè)工程中的應(yīng)用，還可以節(jié)約投資，解決廢舊輪胎帶來的社會環(huán)境問題。

（2）試驗(yàn)結(jié)果表明將廢膠粉用于澆注式瀝青混合料是可行的，混合料性能指標(biāo)滿足相關(guān)規(guī)范要求，且采用濕拌工藝拌制的澆注式瀝青混合料性能優(yōu)于干拌工藝。

（3）廢膠粉改性澆注式瀝青混合料高溫性能存在局限性，需進(jìn)一步加以改善。

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